一种热解炉与气基竖炉联用系统及处理煤的方法 |
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| 申请号 | CN201610657153.2 | 申请日 | 2016-08-11 | 公开(公告)号 | CN106147811A | 公开(公告)日 | 2016-11-23 |
| 申请人 | 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司; | 发明人 | 梅磊; 陈水渺; 马正民; 姜朝兴; 吴道洪; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种 热解 炉与气基 竖炉 联用系统及处理 煤 的方法。该系统包括热解炉、分离 净化 系统、重整变换系统和气基竖炉；热解炉包括热解炉本体和颗粒移动床，颗粒移动床包括：顶板、侧面板、固定在热解炉本体的 侧壁 上的两个壁板和可伸缩的 阀 门 ，由此顶板、侧面板、两个壁板和侧壁围成腔体；该方法将原料煤热解，产生的热解油气经分离净化系统和重整变换系统处理后获得还原气，将还原气送入气基竖炉用于 钢 铁 冶炼 。本发明的系统和方法，有效利用了通常难以利用的粉煤，热解炉产生的热解气粉尘含量低，降低了气基竖炉的生产成本和能耗。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种热解炉与气基竖炉联用系统，其特征在于，包括：热解炉、分离净化系统、重整变换系统和气基竖炉； |
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| 说明书全文 | 一种热解炉与气基竖炉联用系统及处理煤的方法技术领域背景技术[0002] 煤本身的结构特点，决定了低阶煤挥发分高、活性强，由于水分和氧含量高而热值低，直接利用(燃烧或气化)效率低，经济价值远不如高阶煤，因此，大规模开发利用的低阶煤必须先对其进行加工提质才能用于生活生产。最为科学和常用的加工方法之一是热解，也称“干馏”或“热分解”。热解是指煤在隔绝空气或在惰性气体条件下持续加热至较高温度时，所发生的一系列物理变化和化学反应，在此过程中煤会发生交联键断裂、产物重组和二次反应，最终得到气体(煤气)、液体(焦油)、及固体(半焦)等产物。焦油中含有目前尚无法人工合成的多种稠环芳香烃类化合物及杂环化合物。与直接燃烧相比，热解实现了煤中不同成分的梯级转化，是一种资源高效综合利用方法，可减少燃煤造成的环境污染，提高低阶煤资源综合利用价值的优势，创造显著的经济社会效益。 [0003] 我国是钢铁生产第一大国，目前废钢供应量远远满足不了钢铁生产的需要。国内废钢缺口得不到足够补充，进一步加剧了市场供应的紧张局面。在这种情况下，适时发展直接还原技术是必要的。直接还原工艺不用焦炭和烧结矿，因而可适应当前越来越严格的环保要求。目前，全世界有十几种直接还原法实现了工业化生产，包括Midrex、HyL-Ⅲ、煤基回转窑、转底炉、流化床法等。只有气基竖炉工艺Midrex和HyL-Ⅲ可以大型化生产，产品质量高、投资低，能耗在现行直接还原生产方法中最低。但气基竖炉对还原气的净化程度要求高。 [0004] 然而，煤热解产生的热解油气，成分复杂、重质焦油组分多，粉尘含量大、粉尘形状不规则，需要后续设置复杂的除尘系统处理热解油气才可得到煤制气和高品质焦油。 发明内容[0005] 为了解决上述问题，本发明提出一种热解炉与气基竖炉联用系统及处理煤的方法，将其他设备难以处理的粉煤高温热解后获得热解油气，热解油气杂质含量少，将净化后的热解气直接送入气基竖炉系统，降低废钢冶炼成本。 [0006] 本发明的目的之一是提供一种热解炉与气基竖炉联用系统，包括：热解炉、分离净化系统、重整变换系统和气基竖炉； [0007] 所述热解炉包括：热解炉本体和颗粒移动床，所述颗粒移动床包括：顶板、侧面板、固定在所述热解炉本体的侧壁上的两个壁板和可伸缩的阀门，由此所述顶板、所述侧面板、所述两个壁板和所述侧壁围成腔体，所述侧面板为多孔板，所述阀门位于所述颗粒移动床的底部，在所述壁板的固定部位之间的侧壁上设置有热解油气出口和催化剂入口； [0008] 所述热解炉热解油气出口连接分离净化系统热解油气入口，所述分离净化系统气体出口连接重整变换系统气体入口，所述重整变换系统气体出口连接气基竖炉气体入口。 [0009] 在热解油气出口处设置颗粒移动床，可有效降低热解油气中的含尘量。颗粒移动床的床料采用具有热解催化效果的氧化钙，将氧化钙破碎至1mm以下，通过催化剂入口进入颗粒移动床，通过控制颗粒移动床底部阀门的开度控制颗粒的移动速率，优选的移动速率为0.1～2m/s。 [0010] 进一步的，本发明的系统还包括焦油精制系统，所述焦油精制系统包括热解油入口和焦油出口，所述分离净化系统包括液体出口；所述分离净化系统液体出口连接所述焦油精制系统热解油入口。 [0011] 作为优选的方案，所述颗粒移动床的阀门是插板阀，其中所述插板阀的手轮由所述热解炉本体外部穿过内壁，由此使所述插板阀的闸板作为所述颗粒移动床的底部。通过控制阀门的开度，可以控制颗粒移动床内床料的移动速度。 [0012] 作为本发明优选的方案，所述颗粒移动床进一步包括滤板，所述滤板布置在所述两个壁板之间并且与所述热解油气出口相对，由此在所述滤板、所述两个壁板和所述壁板的固定部位之间的侧壁之间限定出气室，所述滤板为多孔板。热解油气由颗粒移动床的腔体进入气室时，滤板的全部都参与工作，避免滤板因仅对应热解油气出口的部分通气，使用频率过大造成该部分分布的气孔过早被焦油堵塞而报废，延长了滤板的使用寿命，减小了停工更换滤板的频率，提高了生产效率。 [0014] 本发明中，所述分离净化系统包括：旋风分离器、初冷塔、鼓风机、电捕焦油器、脱硫塔、脱氨塔、洗苯塔和气柜；所述旋风分离器气体入口连接热解炉热解油气出口，所述旋风分离器气体出口连接初冷塔气体入口，所述初冷塔气体出口连接鼓风机气体入口，所述鼓风机气体出口连接电捕焦油器气体入口，所述电捕焦油器气体出口连接脱硫塔气体入口，所述脱硫塔气体出口连接脱氨塔气体入口，所述脱氨塔气体出口连接洗苯塔气体入口，所述洗苯塔气体出口连接气柜气体入口。热解炉产生的高品质热解油气进入分离净化系统，经油气分离，产生的气体经脱硫、脱氨等工序获得热解气。 [0015] 本发明中，所述重整变换系统包括：精细脱硫塔、重整塔、变换塔和脱碳装置；所述精细脱硫塔气体入口连接分离净化系统气体出口，所述精细脱硫塔气体出口连接重整塔气体入口，所述重整塔气体出口连接变换塔气体入口，所述变换塔气体出口连接脱碳装置气体入口，所述脱碳装置气体出口连接所述气基竖炉气体入口。分离净化系统产生的热解气进入重整变换系统，通过进一步的精细脱硫、重整和变换，将热解气中的气体转化为氢气和一氧化碳，得到合适比例的还原气，还原气直接进气基竖炉。 [0016] 本发明的另一目的是提供一种利用上述系统处理煤的方法，包括如下步骤： [0017] 将破碎后的原料加入所述热解炉中，使原料发生热解反应，热解反应产生热解油气和热解半焦； [0018] 将所述热解油气送入所述颗粒移动床，催化剂经所述催化剂入口进入所述颗粒移动床，对所述热解油气进行除尘、降温，所述热解油气在所述催化剂作用下继续裂解，热解油气中的大分子组分分解成小分子气体，获得高品质热解油气； [0019] 将所述高品质热解油气经热解油气出口送入所述分离净化系统，获得热解气和热解油，然后将所述热解气送入所述重整变换系统处理，获得还原气； [0020] 将所述还原气送入所述气基竖炉。 [0021] 作为优选的方案，将所述分离净化系统产生的热解油送入所述焦油精制系统，获得高品质油品。 [0022] 本发明中，将所述分离净化系统产生的部分热解气作为燃料送入所述热解炉。 [0023] 本发明的热解炉与气基竖炉联用系统及处理煤的方法，将颗粒移动床内置在热解炉内，有效降低了热解油气中的含尘量，降低了后续焦油预处理成本，同时通过除尘系统降低了热解油气温度；采用热解催化剂作为颗粒移动床的床料，进一步提高热解气有效气体组分含量；热解气经重整变换处理后，所得还原气直接进入气基竖炉，成本低，单位产品能耗低。附图说明 [0024] 图1是本发明实施例热解炉与气基竖炉联用系统示意图； [0025] 图2是本发明实施例系统中颗粒移动床的主视示意图； [0026] 图3是本发明实施例系统中颗粒移动床的俯视示意图； [0027] 图4是利用本发明实施例的系统处理煤的方法的流程图。 [0028] 图中： [0029] 100-热解炉； [0030] 1-热解炉本体；11-热解油气出口；12-催化剂入口； [0031] 2-颗粒移动床；21-顶板；22-侧面板；23-壁板；24-阀门；25-滤板；26-气室； [0033] 200-分离净化系统； [0034] 201-旋风分离器；202-初冷塔；203-鼓风机；204-电捕焦油器；205-脱硫塔；206-脱氨塔；207-洗苯塔；208-气柜； [0035] 300-重装变换系统； [0036] 301-精细脱硫塔；302-重整塔；303-变换塔；304-脱碳装置； [0037] 400-气基竖炉； [0038] 500-焦油精制系统。 具体实施方式[0039] 以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。 [0040] 如图1所示，一方面，本发明的实施例提供一种热解炉与气基竖炉联用系统，包括：热解炉100、分离净化系统200、重整变换系统300、气基竖炉400和焦油精制系统500。 [0041] 热解炉1包括：热解炉本体1、颗粒移动床2和蓄热式辐射管3。 [0042] 热解炉本体1为热解反应容器。一般在热解反应容器的顶部开设原料入口，在侧壁上设置有热解油气出口，在热解反应容器的底部设置半焦出口。 [0043] 颗粒移动床2固定热解炉本体1的侧壁上，并将热解油气出口101罩住，本发明所述的罩住，是指颗粒移动床2将热解油气出口与热解炉内腔隔离。热解油气经颗粒移动床除尘后，由热解油气出口101排出热解炉本体外。 [0044] 如图2和图3所示，颗粒移动床2包括：顶板21、侧面板22、固定在热解炉本体的侧壁上的两个壁板23和可伸缩的阀门24。由此顶板21、侧面板22、两个壁板23和侧壁围成腔体，侧面板22为多孔板，阀门24位于颗粒移动床的底部，在壁板的固定部位之间的侧壁上设置有热解油气出口101和催化剂入口102。 [0045] 侧面板22为多孔板，热解油气经侧面板22进入颗粒移动床的腔体内，经其内的催化剂过滤后由热解油气出口101排出热解炉本体1外。 [0046] 为了方便说明，特指位于两个壁板23的在侧壁的固定位置之间的侧壁称之为“部分侧壁”。热解油气出口101和催化剂入口102设置在该“部分侧壁”上，热解油气出口101位于催化剂入口102下方。 [0047] 在热解油气出口101处设置颗粒移动床2，可有效降低热解油气中的含尘量。颗粒移动床2的床料采用具有热解催化效果的氧化钙，将氧化钙破碎至1mm以下，通过催化剂入口101进入颗粒移动床。 [0048] 作为优选的方案，颗粒移动床的阀门24是插板阀，其中插板阀的手轮由热解炉本体1外部穿过内壁，由此使插板阀的闸板作为颗粒移动床的底部。向热解炉本体1外的方向拉阀门，可加快颗粒移动床腔体内的催化剂下落速度；向热解炉本体1内的方向推阀门，可减缓颗粒移动床腔体内的催化剂下落速度。操作人员可依据生产需要进行自主操作，优选的催化剂移动速率为0.1～2m/s。 [0049] 本发明实施例中，颗粒移动床2进一步包括滤板25，滤板25为多孔板。滤板25布置在两个壁板23之间并且与热解油气出口101相对。由此在滤板25、两个壁板23和壁板的固定部位之间的侧壁之间限定出气室26。热解油气由颗粒移动床的腔体进入气室26时，滤板25的全部都参与工作，避免滤板因仅对应热解油气出口的部分通气，使用频率过大造成该部分分布的气孔过早被焦油堵塞而报废，延长了滤板的使用寿命，减小了停工更换滤板的频率，提高了生产效率。 [0050] 蓄热式辐射管3设置在热解炉本体1内，蓄热式辐射管3沿热解炉本体1的高度方向多层布置，每层布置多根在水平方向彼此平行的蓄热式辐射管3，有利于炉内原料(粉煤)的均匀受热。 [0051] 本发明实施例中，分离净化系统200包括：旋风分离器201、初冷塔202、鼓风机203、电捕焦油器204、脱硫塔205、脱氨塔206、洗苯塔207和气柜208。旋风分离器201气体入口连接热解炉热解油气出口11，旋风分离器201气体出口连接初冷塔202气体入口，初冷塔202气体出口连接鼓风机203气体入口，鼓风机203气体出口连接电捕焦油器204气体入口，电捕焦油器204气体出口连接脱硫塔205气体入口，脱硫塔205气体出口连接脱氨塔206气体入口，脱氨塔206气体出口连接洗苯塔207气体入口，洗苯塔207气体出口连接气柜208气体入口。热解炉100产生的高品质热解油气进入分离净化系统200，经油气分离，产生的气体经脱硫、脱氨等工序获得热解气。 [0052] 进一步的，热解炉还包括燃气入口，热解炉燃气入口连接分离净化系统气体出口。分离净化系统产生的部分热解气可作为燃料进入热解炉，为热解反应提供能量。 [0053] 本发明实施例中，重整变换系统300包括：精细脱硫塔301、重整塔302、变换塔303和脱碳装置304。精细脱硫塔301气体入口连接分离净化系统200气体出口，精细脱硫塔301气体出口连接重整塔302气体入口，重整塔302气体出口连接变换塔303气体入口，变换塔303气体出口连接脱碳装置304气体入口，脱碳装置304气体出口连接气基竖炉400气体入口。分离净化系统200产生的热解气进入重整变换系统300，通过进一步的精细脱硫、重整和变换，将热解气中的气体转化为氢气和一氧化碳，得到合适比例的还原气，还原气直接进气基竖炉400。 [0054] 气基竖炉400是直接生产还原铁的反应器，重整变换系统300产生的还原气输送到气基竖炉400，用于还原反应。 [0055] 进一步的，本发明实施例的焦油精制系统500包括热解油入口和焦油出口，分离净化系统200包括液体出口；分离净化系统200液体出口连接焦油精制系统500热解油入口。分离净化系统200分离出的热解油经分离净化系统液体出口进入焦油精制系统500，经加氢精制可得高品质油品。 [0056] 如图4所示，另一方面，本发明实施例提供一种利用上述系统处理煤的方法，包括如下步骤： [0057] 1、将破碎后的原料加入热解炉中，使原料发生热解反应，热解反应产生热解油气和热解半焦； [0058] 2、将热解油气送入颗粒移动床，催化剂经催化剂入口进入颗粒移动床，对热解油气进行除尘、降温，热解油气在催化剂作用下继续裂解，热解油气中的大分子组分分解成小分子气体，获得高品质热解油气； [0059] 3、将高品质热解油气经热解油气出口送入分离净化系统，获得热解气和热解油，然后将热解气送入重整变换系统处理，获得还原气； [0060] 4、将还原气送入气基竖炉； [0061] 5、将分离净化系统产生的热解油送入焦油精制系统，获得高品质油品； [0062] 6、将分离净化系统产生的部分热解气作为燃料送入热解炉。 [0063] 实施例 [0064] 将原料煤粉碎到粒径3mm以下，送入热解炉与气基竖炉联用系统，控制热解炉内温度900℃，热解炉内设置了多层加热辐射管和颗粒移动床除尘系统。热解油气在颗粒移动床内，经催化剂作用继续裂解，获得高品质热解油气。热解炉产生的高品质热解油气经分离净化系统焦油精制系统后，可得热解气和高品质油品。热解气经重整变换系统处理后获得还原气，还原气直接进入气基竖炉进行生产。经分离净化系统后的热解气中组成如表1所示。 [0065] 表1热解气组成成分 [0066] [0067] 经重整变换脱碳后的还原气H2和CO的总量为90.8％，H2/CO体积比为4.3：1。与高炉冶炼系统和焦炉煤气-气基竖炉冶炼系统相比，热解炉-气基竖炉具有明显的优势，具有更大的经济价值。和焦炉煤气-气基竖炉冶炼系统相比，热解炉-气基竖炉单元产品的能耗降低6.1％，单位产品成本平均降低50～80元/吨。 [0068] 需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。 |
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